[實用新型]基于SOI的連續薄膜式微變形鏡

無效

• 申請號: 200820228469.0
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN201331623Y
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 喬大勇;苑偉政;田力;李曉瑩;燕斌
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本實用新型涉及一種微變形鏡，屬于自適應光學及微機電系統(MEMS)領域。

背景技術

作為自適應光學系統的核心部件，變形鏡在軍事和民用領域擁有廣泛的應用前景。使用MEMS技術制造的微變形鏡由于其體積小、成本低、響應快及集成度高等特點，已成為變形鏡研究的重要方向，而制造具有高光學效率的微變形鏡已成為研究的重點和熱點。

絕緣體上硅(Silicon?on?Insulator，SOI)材料提供了一種“S_i-S_iO₂-S_i(硅-二氧化硅-硅)”三層結構，其中的S_iO₂層可作為深硅刻蝕的停止層，從而使得到高表面質量的體硅薄膜成為可能。并且利用陽極鍵合技術將SOI片與玻璃基底鍵合得到鏡面與電極間空腔，可以極大的提高鏡面的變形量，擴大變形鏡調制波長的范圍。

參照圖2，文獻Semicond.Sci.Technol，1994.9?157C-1572.《Flexible?reflectingmembranes?micromachined?in?silicon》介紹了由荷蘭Delft大學的Gleb?Vdovin和LinaSarro共同提出了氮化硅薄膜微變形鏡；氮化硅薄膜微變形鏡首先在硅片的兩面都淀積一層厚500納米的氮化硅薄膜，然后在硅片背面以反應離子刻蝕方法(RIE)刻蝕氮化硅得到后續濕法腐蝕窗口，用濃度33％的氫氧化鉀(KOH)溶液在85℃下刻蝕體硅，當刻蝕到正面的氮化硅層時停止。之后在硅片背面濺射一層厚200納米的鋁以提高其反射性，最后用粘合劑將鏡面層與帶有金屬電極的基底層粘合。該結構利用氮化硅薄膜作為體硅刻蝕的停止層及鏡面，氮化硅薄膜在淀積時會留下很大的殘余應力，影響鏡面的平整度，也限制了鏡面的大小和厚度，無法作出具有大反射面積的微變形鏡。而且氮化硅本身的機械性能不如體硅，在去掉驅動電壓后薄膜恢復初始形狀有一定的遲滯，對微鏡的響應頻率影響較大；粘合劑的涂抹厚度誤差較大，會造成鏡面至電極距離不一致，影響微變形鏡性能。

參照圖3，文獻United?States?Patent，6,108,121，(Aug.22，2000)《Micromachined?highreflectance?deformable?mirror》介紹了由美國Stanford大學的Justin?D.Mansell和RobertL.Byer共同提出了柱狀電極薄膜微變形鏡；首先在經過拋光的硅片正面制作一層復合反射層，然后從硅片背面以濕法腐蝕刻蝕體硅，留下厚度10～40微米體硅薄膜及柱狀電極分別作為鏡面及上電極，之后與已制作了驅動電極及通氣孔的基底粘合。該結構采用了以體硅工藝加工的單晶硅薄膜作為鏡面，避免了淀積式薄膜所固有的殘余應力等缺陷。但是其體硅刻蝕采用濕法腐蝕方法，在刻蝕深度達到幾百微米的情況下很難精確控制刻蝕深度，因而鏡面厚度誤差大，制造重復性差；柱狀電極的采用增加了鏡面的質量，降低了這種微變形鏡的響應速度，且柱狀電極在鏡面上形成了一塊剛性區域，造成鏡面變形的不連續，給電極的尺寸設計帶來許多限制。

實用新型內容

為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種基于SOI的連續薄膜式微變形鏡及其制備方法，避免了現有技術中淀積式薄膜所帶來的殘余應力等缺陷，并且解決了體硅工藝在深硅刻蝕中刻蝕深度的控制問題，利用SOI獨特的三層結構，可以方便的得到具有高表面質量的懸浮體硅薄膜。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：包括SOI硅片的基底(Handle)層1、絕緣層2和器件層3，以及變形鏡的鏡面4、鏡面至驅動電極的空腔5、驅動電極6和玻璃基底7。其中，Handle層1、絕緣層2和器件層3為一張SOI硅片的三層結構，Handle層1處于結構最上方，向下依次為絕緣層2和器件層3。對器件層3進行刻蝕后余下的體硅薄膜作為微鏡鏡面4，鏡面形狀可設為圓形或方形，而刻蝕的凹槽在SOI硅片與玻璃基底鍵合后形成鏡面至驅動電極的空腔5，鏡面上方的Handle層1和絕緣層2則以與器件層3刻蝕凹槽相同的形狀和位置作穿透刻蝕，使鏡面露出，其中絕緣層2在被刻蝕之前作為Handle層1的深硅刻蝕停止層。驅動電極6分布在鏡面至驅動電極的空腔5中，由濺射在玻璃基底7上的金屬經過刻蝕得到，電極形狀可設為圓形或六邊形，分布規律可以根據不同要求設計為正交型排列或磚型排列。可在變形鏡鏡面4上濺射一層金屬作為反射層以提高器件的反射效率。